JP2004063858A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、研磨工程におけるスラリーの再生処理に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
以下に説明する技術は、本発明を研究、完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【0003】
現在、半導体装置におけるスラリーを使用したCMP装置の加工コストは、他の前工程設備と比較して高価と言われている。中でも、CMP研磨に使用するスラリーは、加工コストの約30%を占めている。
【0004】
そこで、スラリーの有効利用が強く求められている。かかる要請に応えるものとして、廃棄スラリーを少なくして、スラリーの再利用を図ることが行われている。スラリーの再利用技術においては、再生スラリー中の異物、凝集砥粒をどのようにして確実に除去できるかが、大きな技術的課題として挙げられている。
【0005】
CMP研磨により発生した研磨屑、あるいは使用済みスラリー中の凝集砥粒が、再生スラリー中から除去されず残存する場合には、再生スラリーの使用による研磨面のスクラッチが発生する。
【0006】
かかる凝集砥粒、研磨屑の除去は、使用済みスラリー(廃液)をフィルタに通すことで除去する方法が一般的に採用されている。しかし、フィルタを用いる方法では、どうしてもフィルタの目詰まりが発生し、定期的なフィルタ交換が必要となる。
【0007】
CMP装置からの使用済みスラリーのフィルタ濾過では、短時日にフィルタの目詰まりが発生するため、スラリー再利用技術におけるフィルタ交換は頻繁に行わなければならない。そのため、スラリーリサイクル装置のダウンタイム、フィルタ交換費用の増大など、スラリー再利用システムの稼働効率、稼働コストに及ぼすフィルタメンテナンスのコスト負担は大きな問題となり、かかる点の解決技術の提案が以下のように幾つかなされている。
【0008】
例えば、特開平11−347940号公報には、複数のフィルタに使用済みの研磨スラリーを選択的に供給して、一方のフィルタで処理を行いつつ、他方のフィルタを止めてフィルタ交換、目詰まり除去などのフィルタメンテナンスを行う研磨システムが開示されている。
【0009】
かかる研磨システムでは、それまでとは異なり、メンテナンスの都度、研磨装置の稼働を停止させることなく、すなわち、研磨装置を稼働させながら、併せてフィルタのメンテナンス作業が行えることとなり、スラリーリサイクル装置のダウンタイムの解消が図れる。
【0010】
特開平11−277434号公報には、CMP装置で使用したスラリーを流しながら、超音波エネルギーにより凝集スラリーを分散させ、使用前の分散状態に近づけた状態でスラリーの再利用を図る構成が開示されている。
【0011】
特開平11−10540号公報には、CMP装置で使用されたスラリーを、粒径10ミクロン以上の異物を除去する濾過手段で、研磨パッドのコンタミネーション、研磨クズなどを除去して粗く濾過した状態で、PH調整、スラリー濃度調整を行い、さらに粒径10ミクロン未満の異物を除去する濾過手段で凝集砥粒を除去して精密濾過し、精密濾過後のスラリーをスラリー供給装置からCMP装置に供給するスラリーリサイクルの構成が開示されている。
【0012】
特開2002−11664号公報には、CMPマシンの研磨部で飛散する排スラリーを回収し、濾過手段で研磨屑などを除去し、さらに膜分離手段などにより塩類や有機物などの不純物を除去し、希釈洗浄後に濃縮し、さらに濃度調整などを行ってスラリー回収を行い、回収スラリーの再利用を図る構成が開示されている。
【0013】
特開2000−308967号公報には、回収したスラリーの再分散を図ってスラリーの再利用を図る構成が開示されている。すなわち、通常の研磨等により生ずる高濃度の不純物を含んだスラリー廃液である高濃度廃液から、研磨特性に悪影響を及ぼすもので研磨粒子以外の粗大不純物をフィルタにより先ず除去し、さらに精密濾過膜によって研磨中に劣化した微小な研磨粒子や微小不純物を除去する。
【0014】
その後、熱交換槽で温度制御を行った状態で、研磨粒子の凝集が生じない温度で分散媒と、分散媒のPH調整用の分散媒調整剤とを入れて分散媒の濃度を調整し、分散剤、電磁気、あるいは超音波で濃度調整後のスラリー中の粗大粒子を1次粒子あるいは2次粒子にまで再分散して、スラリーの再利用を図っている。
【0015】
特開2000−263441号公報には、回収スラリーの濃度測定結果に基づき、回収スラリーに水、あるいは未使用の研磨剤スラリーを加えて所定濃度に調整して再利用を図る構成が開示されている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記スラリーの再生処理技術においては、以下の課題があることを、本発明者は見出した。
【0017】
すなわち、上記それぞれの提案技術を用いることにより、再生スラリー中における凝集砥粒の解消、研磨屑などの異物除去を有効に行うことができるが、しかし、未だ完全とは言い難い。凝集スラリー、研磨屑の存在は、スクラッチの発生に繋がるため、かかる懸念が十分に払拭できるまでに技術の信頼性を向上させなければならない。スラリー再利用技術の実効性を確保するには、現状は、未だ不十分な状態と言える。
【0018】
一方、凝集スラリー、研磨屑の除去にフィルタを用いる構成では、目詰まりに基づくフィルタメンテナンスが必要である。そのため、かかるフィルタメンテナンスに伴うダウンタイムなどの問題を避けて通ることはできない。
【0019】
一方、複数のフィルタを設けて、フィルタメンテナンスと並行して、フィルタ作業を行う方法も前述の如く提案されてはいるが、しかし、ダウンタイムの問題は解消し得ても、目詰まり処理、フィルタ交換などに係るフィルタメンテナンス作業までも完全になくすことができる訳ではない。
【0020】
依然として手間と工数のかかるフィルタメンテナンス業務は残ることとなる。かかる観点からは、フィルタを用いない凝集砥粒、切削屑の除去技術の開発が好ましい。
【0021】
本発明の目的は、スラリーの再利用に際して、フィルタを用いることなく、凝集スラリーの解消、切削屑の除去が行えるようにすることにある。
【0022】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0023】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0024】
すなわち、本発明では、凝集砥粒を超音波照射などにより破砕処理し、凝集砥粒と正常砥粒との分離を、非均質温度制御、沈殿処理により行い、フィルタを用いることなく粒径の正常な砥粒を含むスラリーを回収する。
【0025】
かかる構成では、使用済みスラリー中の凝集砥粒を破砕処理で正常な砥粒に再生している。例えば、CMP( Chemical Mechanical Polishing )装置などの研磨装置から排出された使用済みスラリーに、超音波照射などの砥粒破砕手段を適用することにより、使用済みスラリー中の凝集砥粒を破砕して、使用可能な正常砥粒とすることができるのである。
【0026】
一方、かかる破砕処理を行ってもスラリー中に残存する凝集砥粒は、スラリーを流しながら、スラリーの流路上方側を高温に、流路下方側を低温に温度制御することにより、すなわち、流路内を流れるスラリーの上方と下方とを異なる温度で非均質に温度調整することにより、凝集砥粒を流路下方に集約させて、スラリー中で凝集砥粒と非凝集砥粒との分離を促進することができる。
【0027】
そのため、流路上方を流れるスラリーは凝集砥粒を含まない、すなわち、再利用可能な非凝集砥粒である正常砥粒を含む回収用のスラリーとなり、流路下方を流れるスラリーは凝集砥粒を高濃度に含む廃棄用のスラリーとなる。
【0028】
凝集砥粒を高濃度に含む廃棄用のスラリーは、上記回収用のスラリーとは別に処理して、例えば、適宜凝集剤などを添加して凝集させることにより沈殿を促進して廃棄することができる。
【0029】
廃棄用のスラリーから凝集砥粒を分離した上澄液は、そのまま再利用スラリーとして使用せずに、再度、上記超音波処理側に還流することで、凝集砥粒の除去を確実にして再利用を図る。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する。
【0031】
本実施の形態では、先ず、本発明に係る半導体装置の製造方法で使用するCMP装置に設けるスラリーの再利用システムについて説明する。
【0032】
図1は、本発明の半導体装置の製造方法における研磨工程で使用するCMP装置のスラリー再利用システムを示す説明図である。図2は、CMP装置の要部を示す説明図である。
【0033】
図3(a)は、図1に示すスラリーリサイクル装置の粒径処理部を模式的に示す要部断面説明図であり、(b)は超音波照射による凝集砥粒の破砕作用を示す説明図である。図4は、図3に示す構成の粒径処理部を模式的に示す要部平面説明図である。
【0034】
スラリー再利用システム10は、図1に示すように、平坦化の研磨工程で使用される例えばCMP装置20aなどの研磨装置20と、スラリーリサイクル装置30とから構成され、スラリーリサイクル装置30からリサイクルスラリーがCMP装置20aに供給されるようになっている。
【0035】
CMP装置20a(20)では、図2に示すように、モータ21により回転させられる定盤22に研磨パッド23が設けられている。研磨パッド23表面に対して、モータ24により回転するウエハキャリア25に、キャリアパッド26を介して設けられたウエハWの研磨面が対面配置されている。
【0036】
併せて、研磨パッド23表面に向けて、図示しないスラリー供給装置に配管接続されたノズル27が設けられ、ノズル27から研磨剤としてのスラリーS1が供給されるようになっている。
【0037】
このようにして研磨パッド23表面に供給されたスラリーS1を用いて、研磨パッド23の研磨面に対面配置されたウエハWの研磨面を互いに回転させながら、ウエハWの研磨面の平坦化を行う。
【0038】
一方、スラリーリサイクル装置30は、図1に示すように、濃度調整処理部31と、粒径調整処理部32と、PH調整処理部33とから構成されている。
【0039】
濃度調整処理部31は、CMP装置20aからの使用済みスラリーS2を流入させる調整槽(図示しない)が設けられ、調整槽では、混合純水分離を行ってスラリーS2を濃縮して、次の粒径調整処理部32に送る。
【0040】
粒径調整処理部32は、スラリーリサイクル処理技術においてスラリー品質に大きな影響を及ぼす工程で、図3(a)に示すように、濃縮された使用済みスラリーS2を流す流路32aに形成されている。流路32a内には、凝集砥粒破砕処理部40と、温度分離処理部50と、凝集砥粒廃棄処理部60とが、下流側に向けて順次構成されている。
【0041】
なお、凝集砥粒破砕処理部40と、温度分離処理部50とは、図3(a)では両矢印でその範囲を示しているが、実際上は、両処理部の境界部分は厳密に区分できるものではなく、境界部分では凝集砥粒破砕処理と温度分離処理とが多少オーバーラップされた状態で処理が行われている。
【0042】
凝集砥粒破砕処理部40では、流路32aの壁面には、発振器などから構成させる超音波発振装置41に接続した振動子42が設けられている。振動子42を振動させることにより、流路32a内を流れる濃縮された使用済みのスラリーS2に、超音波を照射するようになっている。
【0043】
超音波照射により、スラリー中にキャビテーションバブル(気泡)を多数発生させ、発生させた多数のキャビテーションバブルがはじける際のエネルギーで、すなわち衝撃マイクロ波でスラリー中に存在する凝集砥粒の凝集状態を破砕し、生成した正常砥粒を拡散させようとするものである。かかる様子を、図3(b)に模式的に示した。
【0044】
なお、図中、スラリーS2中に含まれる凝集シリカなどの凝集砥粒をXで、正常なシリカ粒子などの凝集していない正常な砥粒をYで示した。併せて、パッド屑、脱落ダイヤ、リテーナ屑などの加工屑をZで示した。
【0045】
温度分離処理部50では、流路底面51側は、下流側へ向けて斜め下方に傾斜した傾斜面に形成されて、分岐部に至る。このように勾配を設けておくことにより、流れ易くすることができる。分岐部では、上方に非凝集砥粒である正常砥粒Yを含む使用済みスラリーS2a(S2)が流れる回収用流路52と、下方には凝集砥粒Xを高濃度に含む使用済みスラリーS2b(S2)が流れる廃棄用流路53とが設けられている。
【0046】
温度分離処理部50では、高さ方向に非均質に温度制御できる温調機能が設けられている。流路上方側には、例えば、流路天井54側にはヒータ55が設けられ、使用済みスラリーS2の温度を、例えば100〜120℃などの高温にヒータ温調により温度制御できるようになっている。
【0047】
一方、流路底面51側には、使用済みのスラリーS2を凍結しない程度に冷却するチラーユニット56が設けられ、スラリーS2を例えば0〜10℃などの低温にチラー温調にて温度制御できるようになっている。
【0048】
また、上記構成の温度分離処理部50は、一体に形成した流路32a内に、特段の仕切などを設けることなく、凝集砥粒破砕処理部40と連続的に設けられているため、かかる構成を採用しない場合に比べて、凝集砥粒破砕処理部40で照射された超音波の影響が温度分離処理部50にも多少なりとも及んで流路壁面への凝集砥粒Xの付着防止の促進が図れる。
【0049】
回収用流路52には、回収スラリー流量調整手段71として流量調整バルブ71a、粒度測定手段72として粒度測定器72aが設けられ、粒度測定器72aの下流側は、例えば、図1に示すPH調整処理部33などのリサイクル次処理へ繋がっている。
【0050】
廃棄用流路53には、凝集砥粒回収流量調整手段73として、流量調整バルブ73aが設けられている。流量調整バルブ73aより下流側は、図3(a)に示すように、凝集砥粒沈殿槽81に接続されている。凝集砥粒沈殿槽81の上方には、流入した使用済みスラリーS2b(S2)から凝集砥粒Xを沈殿させた上澄液(実質的には、砥粒濃度が小さいスラリーと見做すことができる)S2cを前記凝集砥粒破砕処理部40に還流させる上澄液排出口82が設けられている。
【0051】
凝集砥粒沈殿槽81の下方には、凝集砥粒排出口83が設けられ、上澄液S2cと沈殿により分けられた凝集砥粒Xを高濃度に含むスラリーS2dが廃棄されるようになっている。
【0052】
凝集砥粒沈殿槽81には、所定深度に液面センサ84が設けられ、かかる液面センサ84からの信号により自動開閉する自動バルブ85が、凝集砥粒排出口83の上流側に設けられている。凝集砥粒排出口83を閉じた状態で、流入するスラリーS2b中の凝集砥粒X、加工屑Zなどの沈殿処理を行い、一方、上澄液S2cを、上記のように凝集砥粒破砕処理部40などの使用済みスラリーの再処理部に還流させておく。
【0053】
凝集砥粒X、加工屑Zは上澄液S2cから分離されて凝集砥粒沈殿槽81内に沈殿して溜まっていくが、凝集砥粒X、加工屑Zなどを高濃度に含有する廃棄対象のスラリーS2dが所定量に達したことが液面センサ84により検知され、自動バルブ85が開口されて、貯留されていた凝集砥粒Xなどが廃棄スラリーS2dとして廃棄される。
【0054】
廃棄後は、自動バルブ85が自動で閉じられて、上記のように流入するスラリーS2bの凝集砥粒と上澄液S2cとの分離が行われ、これを繰り返すことにより、凝集砥粒X、加工屑Zの廃棄処理を行う。
【0055】
PH調整処理部33では、図示しないが、PH調整槽が設けられ、かかるPH調整槽内に向けて超純水を流入させる超純水添加部と、正常砥粒を高濃度に含むスラリーを添加する砥粒添加部と、液性調整用の薬液などを必要に応じて添加する薬液添加部とが設けられている。
【0056】
PH調整槽内に流入した回収スラリーS2aに対して、砥粒濃度および液性が所定のPHとなるように、超純水、スラリー、薬液などがそれぞれ必要量添加されリサイクルスラリーが調製される。このようにして、PH調整処理部33で処理が終了したスラリーS2aは、リサイクルスラリーとして、CMP装置20aに供給される。
【0057】
CMP装置20aには、図示しないが、新規スラリーの供給装置が設けられ、新規スラリーとリサイクルスラリーとが合流した状態で、CMP装置20aへのスラリー供給が行われる。
【0058】
上記説明では、流路32aを、図3、4に示すように、断面角形に形成した場合を示したが、流路32aの断面形状は、かかる角形以外に、スラリーが円滑に流れる形状であれば、特に形状限定をする必要はない。図3、4では、断面略角形に形成して、超音波発振用の振動子42を流路32aを流れるスラリーを間に挟むように両側壁に設けているが、かかる構成では、超音波照射が有効に行え、衝撃マイクロ波などが、均等に照射されて減衰しないように、例えば、流路幅を高さ方向より小さくしておくのが好ましい。
【0059】
流路の高さに関しては、凝集砥粒X、加工屑Zと、正常砥粒Yとの分離性を高めるためには、少しでも高い方が好ましい。すなわち、断面略角形の流路では、振動子42を設ける流路側面を高くして断面縦長の角形に構成することが好ましい。
【0060】
一方、流路長に関して言えば、凝集砥粒X、加工屑Zと、正常砥粒Yとの重力による自然分離を考えれば、少しでも長い方が好ましい。
【0061】
図3、4に示す場合には、凝集砥粒破砕処理部40と、温度分離処理部50と、凝集砥粒廃棄処理部60とが、下流に向けて順次形成される構成を示したが、凝集砥粒X、加工屑Zと、正常砥粒Yとの分離を促進するためには、上記説明のように流路長を長く設定することが好ましい。
【0062】
すなわち、凝集砥粒破砕処理部40、温度分離処理部50とも流路長をできるだけ確保できる構成が望まれる。しかし、一方では、かかる流路長を長く設定することは、半導体製造装置の小型化、省スペース化という技術的要請の流れには反することとなる。
【0063】
そこで、本発明者は、図5に示すように、凝集砥粒破砕処理部40と、温度分離処理部50とを重複適用させることにより、それぞれの破砕処理、温度分離処理のそれぞれの両処理部を足した流路長で行わせることができることに気付いた。すなわち、図3、4に示す場合と同様の流路長でありながら、実質的には、凝集砥粒破砕処理、温度分離処理の処理流路長を伸ばすことができるのである。
【0064】
図5に示す場合には、流路32aは、分岐部に向けて一様に流路底面51が斜め下方に向けた傾斜面に形成されている。流路天井54側にはヒータ55が分岐部側に向けて設けられ、流路32a内を流れるスラリーS2の上方側を、例えば、100〜120℃にヒータ温調で高温に制御することができるようになっている。
【0065】
流路底面51側には、チラーユニット56が分岐部側に向けて設けられ、流路32a内を流れるスラリーS2の流路下方側を、例えば0〜10℃にチラー温調により温度制御できるようになっている。分岐部以降の構成は、図3に示す場合と同様である。
【0066】
かかる構成では、図5の両矢印に示すように、凝集砥粒破砕処理部40と、温度分離処理部50とが、同一範囲内に設定されている。そのため、凝集砥粒破砕処理部40と、温度分離処理部50とが順次構成されている場合とは異なり、図3に示す凝集砥粒破砕処理部40の流路長と、温度分離処理部50の流路長とを合わせた合計流路長で、凝集砥粒の破砕処理が行える。また、破砕処理された凝集砥粒と正常砥粒との温度分離もかかる合計流路長内で行われることとなる。
【0067】
すなわち、破砕処理と、温度分離処理とが並行して合計流路長内で行われていることとなる。そのため、図3に示す構成の場合のように、破砕処理と、温度分離処理とを順に行う場合に比べて、破砕処理に委ねる時間を多くすることができ、その分破砕処理が促進される。また、温度分離処理に委ねる時間も多くすることができ、分離がその分促進される。
【0068】
かかる破砕処理の促進と、分離処理の促進とが相まって、使用済みスラリーからの正常砥粒の再生、凝集砥粒との分離性が促進され、かかる構成を採用しない場合に比べて、凝集砥粒Xの混在しない正常砥粒Yを高濃度に含むスラリーS2aの回収が効率的に行える。
【0069】
また、温度分離処理部50を個別に設ける場合には、流路内壁面に凝集砥粒Xが付着するおそれが発生するが、超音波処理を行う凝集砥粒破砕処理部40と併用することにより、超音波による凝集砥粒Xの壁面付着が防止される。併せて、破砕処理と重力沈殿処理とが並行して行われる。
【0070】
次に、上記構成のスラリーのリサイクル処理システムを用いて、スラリーを再利用する技術について、図6に沿って説明する。以下の説明では、スラリーとして、シリカを砥粒とする場合を例示する。
【0071】
図1に示すように、CMP装置から排出された使用済みスラリーは、濃度調整処理部31に流入する。濃度調整処理部31では、スラリー中の純水が除去され濃縮される。例えば、所定濃度まで、砥粒のシリカ濃度を調整する。
【0072】
このようにして濃度調整処理部31で濃縮されたスラリーS2は、図1に示すように、廃液スラリーとして粒径調整処理部32に流入する。粒径調整処理部32では、流入したスラリーS2は流路32a内を流れて行く。
【0073】
なお、本説明では、流路32a内の構成は、例えば、図3に示すように、凝集砥粒破砕処理部40と、温度分離処理部50とが、順次設けられている構成を例に挙げて説明する。
【0074】
スラリーS2の流入量は、流量調整バルブ71a、73aの開閉調節により行う。流路32a内に流入したスラリーS2には、流れている間に、流路32aの側壁に設けられた振動子42を介して超音波が照射される。
【0075】
かかる超音波照射によりスラリーS2中に無数のキャビテーションバブルが生じ、かかるキャビテーションバブルがはじける際に、衝撃マイクロ波が発生して、そのエネルギーにより凝集シリカ(凝集砥粒)が、それぞれのシリカ粒子に破砕され、非凝集の正常シリカ粒子が再生される。図6では、かかる状況を凝集シリカ破砕としてステップS110で示した。
【0076】
すなわち、スラリーS2では、流路32aの凝集砥粒破砕処理部40を流れながら、このようにして凝集シリカの破砕と、それに伴う正常シリカの再生とが行われて、次の温度分離処理部50内に流れて行く。
【0077】
温度分離処理部50内では流路内を流れるスラリーS2の上方側が、流路天井54に設けたヒータ55により、例えば、100〜120℃の高温に加熱されることとなる。一方、スラリーS2の下方側は、流路底面51に設けたチラーユニット56により例えば、0〜10℃の低温に冷却される。
【0078】
このように流路32aの温度分離処理部50内を流れるスラリーS2では、流路上方と流路下方とで、温度差が設けられた非均質温度制御が行われる。かかる非均質加熱されたスラリーS2では、凝集シリカ、加工屑、正常シリカなどの固体粒子と液体分子とが衝突する際の反跳速度の総和が低温領域に向かうことを利用して、凝集シリカ、加工屑と、正常シリカとの分離が、重力沈殿に基づく分離と併せて行われる。
【0079】
すなわち、超音波照射による凝集砥粒破砕処理でも十分に破砕処理されなかった残存凝集シリカ、加工屑は、廃液スラリーとしてのスラリーS2の上記非均質加熱により、流路32a下方に集約され、流路上方に分散して流れてゆく正常シリカと分離されることとなる。流路上方には、このようにして正常シリカを砥粒として含む正常なスラリーS2aが生成される。かかる状況を、図6では、正常スラリーと固体粒子の分離として、ステップS120で示した。
【0080】
流路下方に集約された凝集シリカ、加工屑、一部正常シリカを含むスラリーS2bは、分岐部から廃棄用流路53内に流入して、凝集砥粒沈殿槽81内に流れ込む。かかる状況を、図6では、固体粒子(残凝集シリカ+加工屑)+一部正常シリカスラリーとして、ステップS130で示す。
【0081】
かかる凝集シリカを高濃度で含むスラリーS2bは、流量調整バルブ73aを調整してゆっくりと凝集砥粒沈殿槽81内に流すことで、凝集砥粒沈殿槽81内で、凝集シリカ、加工屑を沈殿させて、上澄液から分離する。かかる状況を、図6では、ステップS140、ステップS150でそれぞれ示す。
【0082】
ステップS140に示す上澄液S2cは、上澄液排出口82から、凝集砥粒破砕処理部40内に還流される。かかる上澄液S2cは、凝集砥粒沈殿槽81内に流入した凝集シリカスラリーに混じっていた一部の正常シリカが分散された正常シリカスラリーである。
【0083】
上澄液S2cは、図6に示すように、凝集砥粒破砕処理部40に送られる。上澄液S2cは、凝集シリカを高濃度に含むスラリーS2bから沈殿処理により凝集シリカを分離してなるスラリーであるため、凝集シリカの除去が不十分な場合も考えられる。そこで、図6の矢印で示すルートRにより、上澄液S2cを凝集砥粒破砕処理部40に送り、上澄液S2cに混在している可能性のある凝集シリカの破砕処理を行う。
【0084】
一方、ステップS150で示す凝集砥粒沈殿槽81内に沈殿させられた残存凝集シリカ、加工屑などの沈殿物は、スラリーS2dの状態で、ステップS160に示すように凝集砥粒排出口83から廃液として廃棄されることとなる。
【0085】
かかる廃棄に際しては、凝集砥粒沈殿槽81に設けた液面センサ84により、所定濃度の凝集シリカのスラリーS2dが所定深度まで溜まった状態で、自動バルブ85を開けて、必要に応じて定期的に自動排出すればよい。
【0086】
また、分岐部で流路上方に設けた回収用流路52に流入したスラリーS2aは、温度分離処理部50で既に凝集シリカ、加工屑が除かれ、非凝集の正常シリカを含む状態で流入することとなる。かかるスラリーS2aは、回収用流路52に設けた流量調整バルブ71aにて、正常スラリーが最も多く流れるように流量調整される。かかる状況を、図6では、正常シリカスラリーとしてステップS170で示す。
【0087】
ステップS170で示す正常シリカスラリーは、上記説明でも分かるように、使用済みのスラリーS2に超音波処理して凝集砥粒Xの破砕処理を施し、温度制御により凝集砥粒Xの分離を促進するため、分散剤、沈殿促進剤などの薬液を用いないで済む。
【0088】
このように、上記説明の構成では、スラリー成分の濃度変化は生ずるものの、スラリー成分は変化しないため、薬液分の除去などの面倒な処理を行う必要はなく、リサイクルスラリーの調整は、粒径調整、濃度調整、PHなどの比較的簡単な液性調整でリサイクルスラリーを形成することができる。
【0089】
また、薬液を使用しないため、凝集砥粒の廃棄においても、薬液廃棄による周囲環境への汚染の心配がない。
【0090】
流量調整バルブ71aで流量調整されて回収用流路52に入った正常シリカスラリーは、途中、粒度測定器72aで、正常シリカスラリー中のシリカ粒子の粒度チェックが行われ、凝集シリカが含まれないように監視される。
【0091】
粒度測定結果に基づき、粒度が大きい、あるいは粒度が大きくなる傾向が検知された場合には、粒度測定器72aからの信号に基づき、流量調整バルブ71a、73aを閉じ加減に調整して、廃液スラリーの凝集砥粒破砕処理部40、温度分離処理部50における滞在時間を長くするなどで、凝集砥粒破砕処理の促進と、凝集シリカなどの固体粒子と、正常シリカとの分離促進を図る。
【0092】
併せて、粒度測定結果は、凝集砥粒破砕処理部40にフィードバックされ、発振超音波を強くして、凝集砥粒の破砕処理を強化させる。
【0093】
粒度測定により、回収スラリー中に凝集砥粒が混在していることが確認された場合には、リアルタイムに流量調整バルブ71aを締め、回収スラリーの次リサイクル処理であるPH調整処理部33への送りを中断する。併せて、前記の如く、超音波強度、振動数、ヒータ温度、チラー温度、流量調整バルブの再調整を行って、凝集砥粒が回収スラリーに含まれないようにする。
【0094】
このように粒度測定器をインラインで設けることにより、回収スラリー中の砥粒の粒径、個数管理を行うことができ、回収スラリーの品質管理を行って信頼性の高いリサイクルスラリーの供給を行うことができる。
【0095】
また、凝集シリカの混在がこのようにしてチェックされ、十分に使用できる状態の正常シリカスラリーは、図1に示すPH調整処理部33に送られ、スラリー中のシリカ濃度、スラリーの液性のPH調整などがされることとなる。かかる状況を、図6では、リサイクル次処理としてステップS180で示す。リサイクル処理が終了したスラリーは、図1に示すように、CMP装置20aにリサイクルスラリーとして供給され、研磨に使用される。
【0096】
以上説明した構成は、上記説明からも明らかなように、使用済みスラリーから凝集砥粒を単に正常砥粒と分離するものではなく、凝集砥粒を破砕処理することにより、一旦正常砥粒を再生して、かかる再生した正常砥粒を残存する凝集砥粒と分離するものである。それまでは処理方法がなく廃棄対象となっていた凝集砥粒からの正常砥粒の再生処理を行っているため、かかる処理を行わないそれまでの場合に比べて、正常砥粒の再利用率を高くすることができる。
【0097】
このためスラリーコストも、かかる構成を採用しない場合に比べて半分以下に抑えられ、スラリーコストの低減が積極的に図られる。
【0098】
以上の説明から明らかなように、本発明の構成では、フィルタを用いることなく、使用済みスラリーから凝集砥粒、加工屑を、正常砥粒から分離することができるため、フィルタの目詰まりなどのフィルタメンテナンスが全く不要である。
【0099】
そのため、前記スラリーコストの低減化とも併せて、結果的として、CMP工程などの研磨工程の全体的なランニングコストの低減に繋がる。
【0100】
以上、廃棄スラリーのリサイクルシステムについて、図3に示す構成を例にして説明したが、かかるリサイクルシステムの流れは、基本的には、図5に示す構成でも同様であり、凝集シリカ破砕処理と、温度分離処理とが並行して行われる点が異なるものである。
【0101】
半導体装置の製造方法という観点からは、上記説明のスラリーのリサイクルシステムは、CMP装置などのスラリーを使用する研磨工程において適用することができる。例えば、半導体装置の一連の製造工程における層間絶縁膜の平坦化工程、トレンチ分離形成工程、埋め込み金属配線工程などのCMP研磨による平坦化工程で使用することができる。
【0102】
例えば、ロジックULSIの層間絶縁膜の平坦化に適用する場合を説明する。ウエハ基板上に下地トランジスタを形成し、その上にCVD(Chemical Vapor Deposition)でSiO2を堆積させて層間絶縁膜を形成する。層間絶縁膜の凹凸を、SiO2を砥粒とするスラリーを用いてCMP研磨により平坦化する。平坦化に際して使用されたスラリーは、使用済みスラリーとして、例えば、図1に示すスラリー再利用システムに送られる。
【0103】
スラリー再利用システムでは、濃度調整処理部31、粒径調整処理部32、PH調整処理部33を経て、リサイクルスラリーとして再生されて、CMP装置に供給され再利用される。なお、濃度調整処理部31、粒径調整処理部32、PH調整処理部33での処理内容は、前記説明のように行えばよく、再度の説明を省略する。
【0104】
上記要領で、リサイクルシステムを利用してスラリーの再利用を行うCMP研磨工程で平坦化された層間絶縁膜上に、Al膜をスパッタ法などで堆積する。さらに、フォトリソグラフィーによるパターニングし、反応性イオンエッチングによるパターンニングを行う。このようにして形成された配線上に、CVD法でSiO2を堆積させて再度、層間絶縁膜を形成する。かかる層間絶縁膜を、上記説明と同様のCMP工程で、スラリーのリサイクルを図りながら平坦化を行う。
【0105】
かかる工程を必要回数繰り返すことにより、スラリーのリサイクル工程を有するCMP研磨による平坦化が行われた層間絶縁膜を有するロジックULSI構造の半導体装置の製造を行うことができる。
【0106】
また、本発明に係る前記説明の構成は、かかる平坦化工程に限定することなく、例えば、ウエハのシリコン結晶などの結晶研磨用スラリーのリサイクルに適用することもできる。さらには、液体中に分散させた固体と、その凝集固体との分離技術にも、有効に適用することができる。
【0107】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0108】
例えば、前記実施の形態では、凝集砥粒廃棄処理部60で、沈殿処理された固体粒子と分離された上澄液を、凝集砥粒破砕処理部40に還流する場合を説明したが、例えば、凝集砥粒沈殿81の上澄液排出口82の前に、粒度測定器を設けておき、凝集シリカの混在が見られた場合にのみルートRで凝集砥粒破砕処理部40に送るようにする構成も考えられる。凝集シリカの混在が見られない場合には、正常シリカ粒子スラリーに合流させることができ、一律に凝集砥粒破砕処理部に還流させる場合に比べて効率的である。
【0109】
前記実施の形態では、粒径調整処理部において、フィルタを用いない構成を示したが、粒径調整処理部の手前の濃度調整処理部では、例えば、限界濾過膜(UF膜)を使用しても構わない。かかる限界濾過膜を使用すれば、廃液スラリーから純水を分離して濃縮することができ、スラリーと純水との双方をリサイクルすることができる。
【0110】
また、リサイクルシステムは廃液スラリーの処理量に応じて、複数設けるようにしても構わない。あるいは、粒径処理部を、濃度調整処理部に対して複数設置するようにして構わない。
【0111】
本発明の構成は、フィルタを用いない構成を採用することで、フィルタの目詰まりなどに係るフィルタメンテナンスを不要としたものであるが、しかし、フィルタとの併用を必ずしも排除するものではない。例えば、膜フィルタと本発明のシステムとを併用することにより、膜フィルタのメンテナンスは発生するものの、高品質のスラリーリサイクルを図ることができる。
【0112】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0113】
研磨工程から排出される使用済みスラリーから、フィルタを用いることなく、凝集砥粒、加工屑などの不要物を除き、正常砥粒のスラリーを回収して、リサイクルスラリーとして再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の製造方法の研磨工程で使用するCMP装置のスラリー再利用システムにおける処理の一例を示すフロー図である。
【図2】CMP装置の要部を示す説明図である。
【図3】(a)は図1に示すスラリーリサイクル装置の粒径処理部を模式的に示す要部断面説明図であり、(b)は超音波処理による凝集砥粒の破砕作用を示す説明図である。
【図4】図3に示す構成の粒径処理部を模式的に示す要部平面説明図である。
【図5】粒径調整処理部で、凝集砥粒破砕処理と温度分離処理とを重複適用できるようにした構成を示す説明図である。
【図6】粒径処理部の処理手順を示すフロー図である。
【符号の説明】
10 スラリー再利用システム
20 研磨装置
20a CMP装置
21 モータ
22 定盤
23 研磨パッド
24 モータ
25 ウエハキャリア
26 キャリアパッド
27 ノズル
30 スラリーリサイクル装置
31 濃度調整処理部
32 粒径調整処理部
32a 流路
33 PH調整処理部
40 凝集砥粒破砕処理部
41 超音波発振装置
42 振動子
50 温度分離処理部
51 流路底面
52 回収用流路
53 廃棄用流路
54 流路天井
55 ヒータ
56 チラーユニット
60 凝集砥粒廃棄処理部
71 回収スラリー流量調整手段
71a 流量調整バルブ
72 粒度測定手段
72a 粒度測定器
73 凝集砥粒回収流量調整手段
73a 流量調整バルブ
81 凝集砥粒沈殿槽
82 上澄液排出口
83 凝集砥粒排出口
84 液面センサ
85 自動バルブ
R ルート
S1 スラリー
S2 スラリー
S2a スラリー
S2b スラリー
S2c 上澄液
S2d スラリー[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique that is effective when applied to a slurry regeneration process in a polishing process.
[0002]
[Prior art]
The technology described below has been studied by the inventor when researching and completing the present invention, and the outline thereof is as follows.
[0003]
At present, the processing cost of a CMP apparatus using a slurry in a semiconductor device is said to be higher than other pre-processing equipment. In particular, the slurry used for CMP polishing accounts for about 30% of the processing cost.
[0004]
Therefore, effective use of the slurry is strongly demanded. In response to such demands, it has been practiced to reduce the amount of waste slurry and reuse the slurry. In the slurry recycling technique, a major technical problem is how to reliably remove foreign matter and agglomerated abrasive grains in the regenerated slurry.
[0005]
If polishing dust generated by the CMP polishing or agglomerated abrasive grains in the used slurry remain without being removed from the regenerated slurry, scratches on the polished surface due to the use of the regenerated slurry occur.
[0006]
In order to remove such agglomerated abrasive grains and polishing debris, a method of removing used slurry (waste liquid) through a filter is generally adopted. However, in the method using a filter, clogging of the filter necessarily occurs, and periodic filter replacement is required.
[0007]
In filter filtration of used slurry from a CMP apparatus, filter clogging occurs in a short time, so filter replacement in the slurry recycling technique must be performed frequently. For this reason, the cost burden of filter maintenance on the operation efficiency and operation cost of the slurry reuse system, such as downtime of the slurry recycling device and increase in filter replacement cost, becomes a major problem. Some have been done.
[0008]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-347940 discloses that a used polishing slurry is selectively supplied to a plurality of filters, and one filter is processed while the other filter is stopped to replace the filter and to remove the clogging. There is disclosed a polishing system for performing filter maintenance.
[0009]
In such a polishing system, unlike before, the filter maintenance work can be performed without stopping the operation of the polishing apparatus every time maintenance is performed, that is, while operating the polishing apparatus. Time can be eliminated.
[0010]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-277434 discloses a configuration in which an agglomerated slurry is dispersed by ultrasonic energy while flowing a slurry used in a CMP apparatus, and the slurry is reused in a state close to a dispersed state before use. ing.
[0011]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-10540 discloses a state in which a slurry used in a CMP apparatus is coarsely filtered by removing a contaminant of a polishing pad, polishing debris and the like by a filtering means for removing foreign substances having a particle diameter of 10 μm or more. Then, pH adjustment and slurry concentration adjustment are performed, and furthermore, agglomerated abrasive grains are removed by a filtering means for removing foreign substances having a particle diameter of less than 10 microns, and the resultant is subjected to precision filtration. The slurry after the precision filtration is supplied from the slurry supply apparatus to the CMP apparatus. A configuration of slurry recycling is disclosed.
[0012]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-11664 discloses that waste slurry scattered in a polishing section of a CMP machine is collected, polishing dust and the like are removed by a filtration means, and impurities such as salts and organic substances are further removed by a membrane separation means and the like. There is disclosed a configuration in which concentration is performed after dilution washing and then concentration adjustment is performed to recover the slurry, and the recovered slurry is reused.
[0013]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-308967 discloses a configuration in which the recovered slurry is re-dispersed to reuse the slurry. That is, from a high-concentration waste liquid that is a slurry waste liquid containing high-concentration impurities generated by ordinary polishing or the like, coarse impurities other than abrasive particles, which have a bad influence on polishing characteristics, are first removed by a filter, and further filtered by a fine filtration membrane. Removes minute abrasive particles and minute impurities that have deteriorated during polishing.
[0014]
Thereafter, in a state where the temperature control is performed in the heat exchange tank, the dispersion medium at a temperature at which the aggregation of the abrasive particles does not occur, and a dispersion medium adjuster for adjusting the PH of the dispersion medium are adjusted to adjust the concentration of the dispersion medium, The coarse particles in the slurry whose concentration has been adjusted with a dispersant, electromagnetic waves, or ultrasonic waves are redispersed into primary particles or secondary particles to reuse the slurry.
[0015]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-263441 discloses a configuration in which water or an unused abrasive slurry is added to a recovered slurry to adjust the concentration to a predetermined concentration and reuse the collected slurry based on the concentration measurement result of the recovered slurry. .
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, the present inventor has found that there are the following problems in the above-mentioned slurry regeneration treatment technology.
[0017]
That is, by using each of the above proposed techniques, it is possible to effectively eliminate the coagulated abrasive grains in the regenerated slurry and to remove foreign substances such as polishing dust, but it is not yet complete. The presence of agglomerated slurries and polishing debris leads to the generation of scratches, and the reliability of the technology must be improved before such concerns can be sufficiently eliminated. The current situation is still insufficient to ensure the effectiveness of the slurry recycling technology.
[0018]
On the other hand, in a configuration in which a filter is used for removing agglomerated slurry and polishing debris, filter maintenance based on clogging is required. For this reason, it is not possible to avoid problems such as downtime associated with such filter maintenance.
[0019]
On the other hand, a method of providing a plurality of filters and performing the filter work in parallel with the filter maintenance has been proposed as described above. However, even if the problem of downtime can be solved, clogging processing, filter It is not always possible to completely eliminate filter maintenance work for replacement or the like.
[0020]
Filter maintenance work, which is troublesome and time-consuming, will remain. From such a viewpoint, it is preferable to develop a technique for removing coagulated abrasive grains and cutting chips without using a filter.
[0021]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to make it possible to eliminate agglomerated slurry and remove cutting chips without using a filter when reusing the slurry.
[0022]
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
The following is a brief description of an outline of typical inventions disclosed in the present application.
[0024]
That is, in the present invention, the agglomerated abrasive grains are crushed by ultrasonic irradiation or the like, and the separation between the agglomerated abrasive grains and the normal abrasive grains is performed by non-homogeneous temperature control and sedimentation processing. The slurry containing the appropriate abrasive grains is collected.
[0025]
In such a configuration, the aggregated abrasive grains in the used slurry are regenerated into normal abrasive grains by crushing. For example, by applying abrasive crushing means such as ultrasonic irradiation to used slurry discharged from a polishing apparatus such as a CMP (Chemical Mechanical Polishing) apparatus, the aggregated abrasive grains in the used slurry are crushed, Thus, usable normal abrasive grains can be obtained.
[0026]
On the other hand, the agglomerated abrasive grains remaining in the slurry even after the crushing treatment are performed by controlling the temperature of the upper part of the slurry flow path to a high temperature and the lower part of the flow path to a low temperature while flowing the slurry. By adjusting the temperature of the upper and lower portions of the slurry flowing in the passage non-homogeneously at different temperatures, the agglomerated abrasive grains are concentrated below the flow path, and the separation of the agglomerated abrasive grains and the non-agglomerated abrasive grains in the slurry is performed. Can be promoted.
[0027]
Therefore, the slurry flowing above the flow path does not contain agglomerated abrasive grains, that is, a slurry for recovery including normal abrasive grains that are reusable non-agglomerated abrasive grains, and the slurry flowing below the flow path is agglomerated abrasive grains. It becomes a slurry for disposal containing a high concentration.
[0028]
Slurry for disposal containing a high concentration of agglomerated abrasive grains can be treated separately from the slurry for recovery, for example, by adding an appropriate aggregating agent or the like and aggregating to promote precipitation and discard. .
[0029]
The supernatant liquid obtained by separating the agglomerated abrasive grains from the slurry for disposal is not used as it is as a reused slurry, but is returned to the ultrasonic treatment side again to ensure the removal of the agglomerated abrasive grains for reuse. Plan.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof will be omitted.
[0031]
In the present embodiment, first, a slurry recycling system provided in a CMP apparatus used in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described.
[0032]
FIG. 1 is an explanatory view showing a slurry recycling system of a CMP apparatus used in a polishing step in a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram showing a main part of the CMP apparatus.
[0033]
FIG. 3A is a cross-sectional view schematically illustrating a particle size processing unit of the slurry recycling apparatus illustrated in FIG. 1, and FIG. 3B is an explanatory view illustrating a crushing action of aggregated abrasive grains by ultrasonic irradiation. It is. FIG. 4 is an explanatory plan view of a main part schematically showing a particle size processing section having the configuration shown in FIG.
[0034]
As shown in FIG. 1, the
[0035]
In the
[0036]
In addition, a
[0037]
Using the slurry S1 supplied to the surface of the
[0038]
On the other hand, as shown in FIG. 1, the
[0039]
The concentration
[0040]
The particle size
[0041]
In FIG. 3A, the ranges of the coagulated abrasive crushing
[0042]
In the agglomerated abrasive crushing
[0043]
Ultrasonic irradiation generates a large number of cavitation bubbles (bubbles) in the slurry, and the energy generated when the large number of generated cavitation bubbles pops out, that is, crushes the aggregated state of the aggregated abrasive grains present in the slurry by the impact microwave. Then, it is intended to diffuse the generated normal abrasive grains. Such a state is schematically shown in FIG.
[0044]
In the figure, X represents aggregated abrasive grains such as aggregated silica contained in the slurry S2, and Y represents normal abrasive grains that have not aggregated such as normal silica particles. In addition, machining waste such as pad waste, falling diamond, and retainer waste is indicated by Z.
[0045]
In the temperature
[0046]
The temperature
[0047]
On the other hand, a
[0048]
In addition, the temperature
[0049]
The
[0050]
The flow path for
[0051]
Below the agglomerated
[0052]
The coagulation
[0053]
The agglomerated abrasive grains X and the processing waste Z are separated from the supernatant liquid S2c and settle and accumulate in the agglomerated abrasive
[0054]
After the disposal, the
[0055]
Although not shown, the PH
[0056]
The required amount of ultrapure water, slurry, chemical solution, etc. is added to the recovered slurry S2a that has flowed into the PH adjustment tank so that the abrasive particle concentration and the liquid property have a predetermined PH, thereby preparing a recycled slurry. In this way, the slurry S2a that has been processed by the PH
[0057]
Although not shown, the
[0058]
In the above description, the case where the
[0059]
Regarding the height of the flow path, it is preferable that the height of the flow path is as high as possible in order to enhance the separability between the agglomerated abrasive grains X, the processing dust Z, and the normal abrasive grains Y. That is, in a flow path having a substantially square cross section, it is preferable that the side face of the flow path on which the
[0060]
On the other hand, in terms of the flow path length, it is preferable that the length is slightly longer in consideration of the natural separation of the agglomerated abrasive grains X, the processing waste Z, and the normal abrasive grains Y by gravity.
[0061]
In the case shown in FIGS. 3 and 4, a configuration is shown in which the agglomerated abrasive crushing
[0062]
That is, it is desired that both the coagulated abrasive crushing
[0063]
Therefore, as shown in FIG. 5, the inventor of the present invention applied both the agglomerated abrasive crushing
[0064]
In the case shown in FIG. 5, the
[0065]
A
[0066]
In such a configuration, as shown by the double-headed arrow in FIG. 5, the coagulated abrasive crushing
[0067]
That is, the crushing process and the temperature separation process are performed in parallel within the total flow path length. Therefore, as compared with the case where the crushing process and the temperature separation process are sequentially performed as in the case of the configuration shown in FIG. 3, the time required for the crushing process can be increased, and the crushing process is accelerated accordingly. Further, the time left to the temperature separation treatment can be increased, and the separation is accelerated accordingly.
[0068]
Such promotion of the crushing process and the promotion of the separation process are combined to promote the regeneration of the normal abrasive grains from the used slurry and the separability from the agglomerated abrasive grains. The slurry S2a containing normal abrasive grains Y in which X is not mixed in high concentration can be efficiently collected.
[0069]
In addition, when the temperature
[0070]
Next, a technique for reusing slurry using the slurry recycling system having the above-described configuration will be described with reference to FIG. In the following description, a case in which silica is used as the slurry as the slurry will be exemplified.
[0071]
As shown in FIG. 1, the used slurry discharged from the CMP device flows into the concentration
[0072]
The slurry S2 thus concentrated in the concentration
[0073]
In the present description, as an example of the configuration inside the
[0074]
The inflow amount of the slurry S2 is controlled by opening and closing the
[0075]
The ultrasonic irradiation generates countless cavitation bubbles in the slurry S2. When the cavitation bubbles burst, shock microwaves are generated, and the energy thereof causes the aggregated silica (agglomerated abrasive grains) to break into individual silica particles. As a result, non-agglomerated normal silica particles are regenerated. In FIG. 6, such a situation is shown in step S110 as the aggregated silica crushing.
[0076]
That is, in the slurry S2, the crushing of the aggregated silica and the accompanying regeneration of the normal silica are performed while flowing through the aggregated abrasive crushing
[0077]
In the temperature
[0078]
As described above, in the slurry S2 flowing in the temperature
[0079]
In other words, the remaining aggregated silica and the processing dust that have not been sufficiently crushed even by the crushing process of the aggregated abrasive particles by the ultrasonic irradiation are collected below the
[0080]
The slurry S2b containing the aggregated silica, processing waste, and partly normal silica collected below the flow path flows into the
[0081]
The slurry S2b containing such a high concentration of the aggregated silica is set in the aggregated-abrasive-
[0082]
The supernatant liquid S2c shown in Step S140 is returned to the coagulated abrasive crushing
[0083]
The supernatant S2c is sent to the coagulation abrasive crushing
[0084]
On the other hand, the sediment such as the remaining agglomerated silica and processing chips precipitated in the agglomerated abrasive
[0085]
At the time of such disposal, the
[0086]
Further, the slurry S2a that has flowed into the
[0087]
As can be seen from the above description, the normal silica slurry shown in step S170 is subjected to ultrasonic treatment for the used slurry S2 to crush the aggregated abrasive grains X, and to promote separation of the aggregated abrasive grains X by controlling the temperature. It is not necessary to use a chemical solution such as a dispersant and a precipitation accelerator.
[0088]
As described above, in the above-described configuration, although the concentration of the slurry component changes, the slurry component does not change, so that it is not necessary to perform a troublesome process such as removal of a chemical solution. A recycled slurry can be formed by relatively simple adjustment of liquid properties such as concentration, pH and the like.
[0089]
Further, since a chemical solution is not used, there is no risk of contamination of the surrounding environment due to the disposal of the chemical solution even when the agglomerated abrasive particles are discarded.
[0090]
The normal silica slurry, which has been flow-regulated by the
[0091]
Based on the result of the particle size measurement, when a large particle size or a tendency to increase the particle size is detected, the flow
[0092]
At the same time, the result of the particle size measurement is fed back to the agglomerated abrasive crushing
[0093]
If it is confirmed by the particle size measurement that the coagulated abrasive grains are present in the recovered slurry, the flow
[0094]
By providing the particle size measuring device in-line in this way, it is possible to control the particle size and the number of abrasive grains in the recovered slurry, and to control the quality of the recovered slurry to supply a highly reliable recycled slurry. Can be.
[0095]
The normal silica slurry, which has been checked for coagulation of aggregated silica in this manner and is in a sufficiently usable state, is sent to the PH
[0096]
As is clear from the above description, the configuration described above does not merely separate the aggregated abrasive grains from the used slurry from the normal abrasive grains, but crushes the aggregated abrasive grains to temporarily regenerate the normal abrasive grains. Then, the regenerated normal abrasive grains are separated from the remaining aggregated abrasive grains. Until then, normal abrasive grains were reclaimed from agglomerated abrasive grains, which had been discarded because there was no treatment method. Can be higher.
[0097]
For this reason, the slurry cost is also reduced to half or less of the case where such a configuration is not adopted, and the slurry cost is positively reduced.
[0098]
As is clear from the above description, in the configuration of the present invention, without using a filter, the aggregated abrasive grains and processing wastes from the used slurry can be separated from the normal abrasive grains. No filter maintenance is required.
[0099]
Therefore, in addition to the reduction in the slurry cost, as a result, the overall running cost of the polishing process such as the CMP process is reduced.
[0100]
As described above, the waste slurry recycling system has been described by taking the configuration shown in FIG. 3 as an example, but the flow of the recycling system is basically the same as the configuration shown in FIG. The difference is that the temperature separation process is performed in parallel.
[0101]
From the viewpoint of a method for manufacturing a semiconductor device, the slurry recycling system described above can be applied in a polishing process using a slurry such as a CMP device. For example, it can be used in a planarization process by CMP polishing such as a planarization process of an interlayer insulating film, a trench isolation formation process, and a buried metal wiring process in a series of semiconductor device manufacturing processes.
[0102]
For example, a case where the present invention is applied to flattening of an interlayer insulating film of a logic ULSI will be described. A base transistor is formed on a wafer substrate, and SiO (chemical vapor deposition) is formed on the base transistor. 2 Is deposited to form an interlayer insulating film. The unevenness of the interlayer insulating film is 2 Is flattened by CMP polishing using a slurry containing as abrasive grains. The slurry used in the planarization is sent as used slurry, for example, to the slurry recycling system shown in FIG.
[0103]
In the slurry recycling system, the slurry is recycled as a recycled slurry through a concentration
[0104]
As described above, an Al film is deposited by a sputtering method or the like on the interlayer insulating film planarized in the CMP polishing step of reusing the slurry using a recycling system. Further, patterning by photolithography and patterning by reactive ion etching are performed. SiO2 is formed on the wiring thus formed by CVD. 2 Is deposited, and an interlayer insulating film is formed again. The interlayer insulating film is planarized in the same CMP process as above while recycling the slurry.
[0105]
By repeating such a process a required number of times, a semiconductor device having a logic ULSI structure having an interlayer insulating film that has been planarized by CMP and has a slurry recycling process can be manufactured.
[0106]
In addition, the above-described configuration according to the present invention is not limited to the flattening step, and can be applied to, for example, recycling of a slurry for crystal polishing such as silicon crystal of a wafer. Furthermore, the present invention can be effectively applied to a technique for separating a solid dispersed in a liquid from the aggregated solid.
[0107]
As described above, the invention made by the inventor has been specifically described based on the embodiment of the invention. However, the invention is not limited to the embodiment of the invention, and various modifications may be made without departing from the gist of the invention. It goes without saying that it is possible.
[0108]
For example, in the above-described embodiment, the case where the supernatant liquid separated from the solid particles subjected to the precipitation treatment in the agglomerated abrasive particle
[0109]
In the above-described embodiment, the configuration in which the filter is not used in the particle size adjustment processing unit is described. However, in the concentration adjustment processing unit before the particle size adjustment processing unit, for example, a limit filtration membrane (UF membrane) is used. No problem. If such a ultrafiltration membrane is used, pure water can be separated and concentrated from the waste liquid slurry, and both the slurry and the pure water can be recycled.
[0110]
Also, a plurality of recycling systems may be provided according to the amount of waste liquid slurry to be processed. Alternatively, a plurality of particle size processing units may be provided for the concentration adjustment processing unit.
[0111]
The configuration of the present invention eliminates the need for filter maintenance related to filter clogging by adopting a configuration that does not use a filter, but does not necessarily exclude the use of the filter together. For example, by using a membrane filter in combination with the system of the present invention, maintenance of the membrane filter occurs, but high-quality slurry can be recycled.
[0112]
【The invention's effect】
The effects obtained by typical aspects of the invention disclosed in the present application will be briefly described as follows.
[0113]
Unnecessary substances such as agglomerated abrasive grains and processing dust are removed from the used slurry discharged from the polishing step without using a filter, and a slurry of normal abrasive grains can be collected and recycled as a recycled slurry.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart showing an example of a process in a slurry recycling system of a CMP apparatus used in a polishing step of a semiconductor device manufacturing method of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a main part of a CMP apparatus.
3A is a cross-sectional view schematically illustrating a main part of a particle size processing unit of the slurry recycling apparatus illustrated in FIG. 1, and FIG. 3B is a view illustrating a crushing action of aggregated abrasive grains by ultrasonic processing. FIG.
FIG. 4 is an explanatory plan view of a main part schematically showing a particle size processing unit having the configuration shown in FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a configuration in which a particle size adjusting processing unit can apply agglomerated abrasive grain crushing processing and temperature separation processing in an overlapping manner.
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of a particle size processing unit.
[Explanation of symbols]
10. Slurry reuse system
20 polishing equipment
20a CMP equipment
21 Motor
22 surface plate
23 Polishing pad
24 motor
25 Wafer carrier
26 Carrier pad
27 nozzle
30 Slurry recycling equipment
31 Density adjustment processing unit
32 Particle size adjustment processing unit
32a channel
33 PH adjustment processing unit
40 Agglomeration abrasive crushing unit
41 Ultrasonic oscillator
42 vibrator
50 Temperature separation processing section
51 Channel bottom
52 Recovery channel
53 Waste channel
54 Channel ceiling
55 heater
56 chiller unit
60 Agglomerate abrasive waste disposal unit
71 Recovered slurry flow rate adjusting means
71a Flow control valve
72 Particle size measuring means
72a particle size analyzer
73 Aggregated abrasive collection flow rate adjustment means
73a Flow control valve
81 Agglomerated abrasive sedimentation tank
82 Supernatant outlet
83 Agglomerated abrasive outlet
84 Liquid level sensor
85 Automatic valve
R route
S1 slurry
S2 slurry
S2a slurry
S2b slurry
S2c supernatant
S2d slurry
Claims (5)
前記再利用工程では、前記研磨工程で使用された前記スラリーに、
前記スラリー中の凝集砥粒の凝集破砕を行う破砕処理と、
前記スラリー中の凝集砥粒と非凝集砥粒との分離を、前記スラリーの温度制御により行う温度分離処理とを適用して、
前記非凝集砥粒を含むスラリーを回収することを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device having a step of reusing a slurry used in a polishing step,
In the recycling step, the slurry used in the polishing step,
A crushing process for performing coagulation and crushing of the coagulated abrasive grains in the slurry,
Separation of the agglomerated abrasive grains and the non-agglomerated abrasive grains in the slurry, applying a temperature separation process performed by controlling the temperature of the slurry,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising recovering a slurry containing the non-agglomerated abrasive grains.
前記再利用工程では、前記研磨工程で使用された前記スラリーに、
前記スラリー中の凝集砥粒の凝集破砕を行う破砕処理と、
前記スラリー中の凝集砥粒と非凝集砥粒との分離を、前記スラリーの温度制御により行う温度分離処理とを適用して、前記非凝集砥粒を含むスラリーを回収し、
前記温度分離処理により分離された前記凝集砥粒を含むスラリーに、沈殿処理を適用して、沈殿させた前記凝集砥粒を廃棄することを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device having a step of reusing a slurry used in a polishing step,
In the recycling step, the slurry used in the polishing step,
A crushing process for performing coagulation and crushing of the coagulated abrasive grains in the slurry,
Separation of the agglomerated abrasive grains and the non-agglomerated abrasive grains in the slurry, applying a temperature separation treatment performed by controlling the temperature of the slurry, recovering the slurry containing the non-agglomerated abrasive grains,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: applying a precipitation treatment to a slurry containing the aggregated abrasive particles separated by the temperature separation treatment, and discarding the precipitated aggregated abrasive particles.
前記再利用工程では、前記研磨工程で使用された前記スラリーに、
前記スラリー中の凝集砥粒を超音波により凝集破砕する破砕処理と、
前記スラリーの下方側を上方側より低温となるように前記スラリーの非均質温度制御を行うことにより前記凝集砥粒と非凝集砥粒とを分離して、前記非凝集砥粒を含むスラリーを回収することを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device having a step of reusing a slurry used in a polishing step,
In the recycling step, the slurry used in the polishing step,
A crushing process of coagulating and crushing the coagulated abrasive grains in the slurry by ultrasonic waves,
By performing non-homogeneous temperature control of the slurry so that the lower side of the slurry is lower than the upper side, the agglomerated abrasive grains and the non-agglomerated abrasive grains are separated, and the slurry containing the non-agglomerated abrasive grains is recovered. A method of manufacturing a semiconductor device.
前記再利用工程では、
前記研磨工程で使用された前記スラリーの濃縮スラリーを流しながら、凝集砥粒破砕処理部で超音波を照射して前記濃縮スラリーに含まれる凝集砥粒を破砕し、
前記濃縮スラリーの流路上方側の温調を、流路下方側のチラー温調より高温に制御する非均質温度制御で、非凝集砥粒から残存凝集砥粒を流路下方側に分離し、
前記非凝集砥粒を含む濃縮スラリーを流量調整してスラリー回収側に流し、濃度調整およびPH調整してリサイクルスラリーとして前記研磨工程に供給し、
流路下方側に分離された前記残存凝集砥粒を含む濃縮スラリーを沈殿処理側に流量調整して流し、沈殿させた前記残存凝集砥粒を廃棄し、前記残存凝集砥粒から分離された上澄液を、前記凝集砥粒破砕処理部へ流入させることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device having a step of reusing a slurry used in a polishing step,
In the recycling step,
While flowing the concentrated slurry of the slurry used in the polishing step, crush the aggregated abrasive grains contained in the concentrated slurry by irradiating ultrasonic waves in the aggregated abrasive crushing section,
The temperature control on the upper side of the flow path of the concentrated slurry is a non-homogeneous temperature control that controls the temperature higher than the chiller temperature control on the lower side of the flow path, and the remaining aggregated abrasive grains are separated from the non-agglomerated abrasive grains on the lower side of the flow path,
The concentrated slurry containing the non-agglomerated abrasive is flow-adjusted to the slurry collection side by adjusting the flow rate, supplied to the polishing step as a recycled slurry by adjusting the concentration and PH,
The concentrated slurry containing the remaining agglomerated abrasive grains separated on the lower side of the flow path is flowed to the sedimentation treatment side by adjusting the flow rate, and the remaining agglomerated abrasive grains precipitated are discarded, and the separated agglomerated abrasive grains are separated from the remaining agglomerated abrasive grains. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: flowing a clear liquid into the coagulated abrasive crushing section.
前記研磨工程で使用された前記スラリーを流す流路間に設けられ、
前記スラリー中の凝集砥粒の凝集破砕を超音波で行う凝集砥粒破砕処理部と、
前記流路の上方と下方とに設けられ、流路上方側の温度を流路下方側の温度より高温にする温度調節手段を有する温度分離処理部と、
前記温度分離処理部の下流側に設けられた分岐部に、回収スラリー流量調整手段、粒度測定手段を介して通じるスラリー回収部と、
前記凝集砥粒破砕処理部へ上澄液を送る上澄液排出口と、沈殿した凝集砥粒を排出する凝集砥粒排出口とを設けた沈殿槽を、前記分岐部に、凝集砥粒回収流量調整手段を介して有する凝集砥粒廃棄処理部とを有するスラリー再利用システムを用いて、
前記粒度測定手段で回収スラリー中の砥粒粒度を測定して、前記回収スラリー中に凝集砥粒の流入、または流入危険があると判断した場合には、前記回収スラリー流量調整手段、前記凝集砥粒回収流量調整手段により流量を抑制して、使用済みスラリーの前記凝集砥粒破砕処理部、前記温度分離処理部における滞在時間を長くすることを特徴とする半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device having a step of reusing a slurry used in a polishing step,
It is provided between flow paths for flowing the slurry used in the polishing step,
Agglomerated abrasive crushing processing unit for performing agglomeration and crushing of the agglomerated abrasive grains in the slurry,
A temperature separation processing unit that is provided above and below the flow path and has a temperature control unit that makes the temperature on the upper side of the flow path higher than the temperature on the lower side of the flow path;
A branch part provided on the downstream side of the temperature separation processing part, a recovered slurry flow rate adjusting means, a slurry collecting part communicating through a particle size measuring means,
A settling tank provided with a supernatant liquid outlet for sending the supernatant to the coagulated abrasive crushing section and an agglomerated abrasive discharge port for discharging the settled coagulated abrasive, the coagulated abrasive collected in the branch section. Using a slurry recycling system having an agglomerated abrasive waste disposal unit having a flow rate adjusting means,
The particle size measuring means measures the particle size of the abrasive grains in the recovered slurry, and when it is determined that there is a danger of inflow of the agglomerated abrasive grains in the recovered slurry, or the danger of inflow, the recovered slurry flow rate adjusting means, A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a flow rate is suppressed by a particle recovery flow rate adjusting means, and a residence time of a used slurry in the agglomerated abrasive grain crushing processing section and the temperature separation processing section is lengthened.
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